(57)【要約】      （修正有）【課題】昇圧コンバータと降圧コンバータの２段構成を有する昇降圧コンバータにおいて、すべての平滑手段としてのコンデンサ容量を低減する。【解決手段】直流の入力電圧が入力１０１され、第１のインダクタ２２を介して昇圧用スイッチ２４がオンオフ動作する昇圧コンバータ２と、直流電圧Ｖ２が入力され、前記昇降用スイッチ２４のオンオフと同じ周期で降圧用スイッチ４０がオンオフ動作する降圧コンバータ４と、を有する昇降圧コンバータ１００であって、前記昇圧用スイッチ２４のオフ期間と前記降圧用スイッチ４０のオン期間とに重なる期間を持ち、且つ前記昇圧用スイッチ２４のオン期間と前記降圧用スイッチ４０のオフ期間とに重なる期間を持つように、前記昇圧用スイッチ２４及び降圧用スイッチ４０のそれぞれのオンオフ動作を制御する。【選択図】図１
2006141183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流の入力電圧が入力され、第１のインダクタを介して昇圧用スイッチがオンオフ動作することにより発生する電圧を第１の整流器と第１の平滑手段によって整流平滑して、前記入力電圧より昇圧された直流電圧を前記第１の平滑手段から出力する昇圧コンバータと、
前記直流電圧が入力され、前記昇降用スイッチのオンオフと同じ周期で降圧用スイッチがオンオフ動作することにより発生する電圧を、第２の整流器と第２のインダクタと第２の平滑手段によって整流平滑して、前記直流電圧より降圧された直流の出力電圧を前記第２の平滑手段から出力する降圧コンバータと、
を有する昇降圧コンバータであって、
前記昇圧用スイッチのオフ期間と前記降圧用スイッチのオン期間とに重なる期間を持ち、且つ前記昇圧用スイッチのオン期間と前記降圧用スイッチのオフ期間とに重なる期間を持つように、前記昇圧用スイッチ及び降圧用スイッチのそれぞれのオンオフ動作を制御する制御回路部をさらに有する昇降圧コンバータ。
【請求項２】
前記制御回路部は、
前記昇圧用スイッチを所定の周期でオンオフ動作させる昇圧用スイッチ駆動回路と、
前記直流の出力電圧のレベル検出をする出力検出回路と、
前記出力検出回路からの検出信号に基づいて、前記昇圧用スイッチのオンオフ動作と同じ周期で前記降圧用スイッチをオンオフ動作させる降圧用スイッチ駆動回路と、を有し、
前記昇圧用スイッチがターンオフするタイミングと、前記降圧用スイッチがターンオンするタイミングが同期するよう構成した請求項１に記載の昇降圧コンバータ。
【請求項３】
前記制御回路部は、
前記昇圧用スイッチを所定の周期でオンオフ動作させる昇圧用スイッチ駆動回路と、
前記直流の出力電圧のレベル検出をする出力検出回路と、
前記出力検出回路からの検出信号に基づいて、前記昇圧用スイッチのオンオフ動作と同じ周期で前記降圧用スイッチをオンオフ動作させる降圧用スイッチ駆動回路と、を有し、
前記昇圧用スイッチがターンオンするタイミングと、前記降圧用スイッチがターンオフするタイミングが同期するよう構成した請求項１に記載の昇降圧コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流の入力電圧に対し、直流の出力電圧の昇降圧制御が可能な昇降圧コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
入力直流電源から直流の入力電圧（以下、入力直流電圧という）を入力し、各種電子回路用に電源電圧となる直流の出力電圧（以下、出力直流電圧という）を出力する電源回路において、入力直流電圧が出力直流電圧に比べて大きい電圧から小さい電圧まで変動する場合、昇降圧コンバータが用いられている。
【０００３】
図５を用いて、従来例の昇降圧コンバータについて説明する。図５は従来例の昇降圧コンバータの構成を示す回路図である。図５において、従来例の昇降圧コンバータ４００は、昇圧コンバータ１２と降圧コンバータ１４との２段構成からなり、昇圧コンバータ１２及び降圧コンバータ１４とを駆動する駆動回路部１１４が設けられている。昇圧コンバータ１２は、例えばバッテリー等の入力直流電源１１から入力端子４０１を介して入力される入力直流電圧Ｖｉ１を、昇降圧コンバータ４００の出力直流電圧Ｖｏ１より高い直流の電圧Ｖ１２に変換して、降圧コンバータ１４に出力する。降圧コンバータ１４は、電圧Ｖ１２を所望の出力直流電圧Ｖｏ１に変換し、出力端子４０２を介して各種電子回路（図示していない）に出力する。駆動回路部１１４は、電圧Ｖ１２及び出力直流電圧Ｖｏ１に基づいて、駆動信号ＤＲ１２、ＤＲ１４を生成し、それぞれ後述する第１のスイッチング素子１２４、第２のスイッチング素子１４０に出力し、それらのオンオフ制御を行う。
【０００４】
昇圧コンバータ１２には、第１のインダクタ１２２、昇圧用の第１のスイッチング素子１２４、第１のダイオード１２６及び第１の平滑手段であるコンデンサ１２８を有する。第１のインダクタ１２２は、入力直流電源１１と、第１のスイッチング素子１２４及び第１のダイオード１２６の間に配設され、第１のスイッチング素子１２４のオンオフ動作に伴って第１のインダクタ１２２の逆起電力のよって入力直流電圧Ｖｉ１を昇圧する。第１のスイッチング素子１２４は、ＮチャンネルＦＥＴからなり、駆動回路部１１４からの駆動信号ＤＲ１２をそのゲートに入力されてオンオフ動作する。第１のダイオード１２６は、第１のスイッチング素子１２４の動作によって生じる順方向電流のみを第１のコンデンサ１２８及び降圧コンバータ１４の方向に流す。第１のコンデンサ１２８は、第１のダイオード１２６を介して供給される電流を平滑化して、電圧Ｖ１２を降圧コンバータ１４及び駆動回路部１１４に出力する。つまり、第１のコンデンサ１２８は、昇圧コンバータ１２の出力コンデンサと降圧コンバータ１４の入力コンデンサを兼ねる。
【０００５】
降圧コンバータ１４には、降圧用の第２のスイッチング素子１４０、第２のダイオード１４２、第２のインダクタ１４４及び第２の平滑手段であるコンデンサ１４６を有する。第２のスイッチング素子１４０は、ＰチャンネルＦＥＴからなる。第２のスイッチング素子１４０は、駆動回路部１１４からそのゲートに入力される駆動信号ＤＲ１４によってオンオフする。第２のダイオード１４２は、第２のスイッチング素子１４０がオフした場合、オフする直前に第２のインダクタ１４４に流れていた電流を維持するための電流を供給する。第２のインダクタ１４４及び第２のコンデンサ１４６は、第２のスイッチング素子１４０及び第２のダイオード１４２から供給される電流を平滑化して出力端子４０２に与える。この平滑化された出力直流電圧Ｖｏ１は各種電子回路（図示していない）及び駆動回路部１１４に出力される。
【０００６】
以下、図５に示した従来例の昇降圧コンバータ４００の動作を説明する。
まず、昇圧コンバータ１２の動作を説明する。昇圧コンバータ１２に入力直流電圧Ｖｉ１が入力されると、駆動回路部１１４が第１のスイッチング素子１２４をオンオフ動作する駆動信号ＤＲ１２を発生する。第１のスイッチング素子１２４がオン状態において、第１のインダクタ１２２には入力直流電圧Ｖｉ１が印加され、増加する電流が流れてエネルギーが蓄積される。第１のスイッチング素子１２４のオフ状態において、第１のインダクタ１２２に蓄積されたエネルギーは、入力直流電圧Ｖｉ１に重畳されて、第１のダイオード１２６を通して第１のコンデンサ１２８へ時間とともに減少する電流として放出される。ここで、第１のスイッチング素子１２４のオン期間が駆動信号ＤＲ１２の繰り返し周期Ｔ１に占める割合をデューティ比Ｄ１２と表せば、第１のコンデンサの両端電圧Ｖ１２は次式（１）のようになる。
Ｖ１２＝Ｖｉ１／（１−Ｄ１２）    ・・・（１）
すなわち、駆動回路部１１４が駆動信号ＤＲ１２のデューティ比Ｄ１２を調整することにより、電圧Ｖ１２を一定値に保つ。
【０００７】
次に、降圧コンバータ１４の動作を説明する。駆動回路部１１４が駆動信号ＤＲ１２とともに、第２のスイッチング素子１４０をオンオフ動作する駆動信号ＤＲ１４を出力する。第２スイッチング素子１４０のオン状態において、第２のインダクタ１４４には入力直流電圧Ｖｉ１と出力直流電圧Ｖｏ１との差電圧（Ｖｉ１−Ｖｏ１）が印加され、増加する電流が流れてエネルギーが蓄積される。第２のスイッチング素子１４０がオフ状態になった場合、第２のインダクタ１４４には、オフ状態になる直前に第２のインダクタ１４４に流れていた電流に等しい電流値が、第２のダイオード１４２を介して供給される。第２のインダクタ１４４に蓄積されたエネルギーは、第２のコンデンサ１４６へ時間とともに減少する電流として放出される。ここで、第２のスイッチング素子１４０のオン期間が駆動信号ＤＲ１４の繰り返し周期Ｔ１に占める割合をデューティ比Ｄ１４とすると、第２のコンデンサ１４６に発生する出力直流電圧Ｖｏ１は次式（２）のようになる。
Ｖｏ１＝Ｖ１２×Ｄ１４      ・・・（２）
駆動回路部１１４が駆動信号ＤＲ１４のデューティ比Ｄ１４を調整することにより、出力直流電圧Ｖｏ１を所望の一定値に保つ。
【０００８】
以上のように、従来例の昇降圧コンバータ４００は、駆動回路部１１４によってデューティ比Ｄ１２とデューティ比Ｄ１４を適切に設定することにより、入力直流電圧Ｖｉ１に対し、出力直流電圧Ｖｏ１の昇降圧制御が可能である。また、この構成によると、入力直流電源１１からの入力電流は第１のインダクタ１２２を介して流れ、第２のコンデンサ１４６へ供給される電流は第２のインダクタ１４４を介して流れる。つまり、第１のスイッチング素子２４、第２のスイッチング素子４０のオンオフ動作に伴って、入力直流電源１１及び第２のコンデンサ１４６に流れるリップル電流は小さくなる。特に、第２のコンデンサ１４６には、形状やキャパシタンスの小さなものを使用することができる。
【特許文献１】特開平７−１０７７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図５に示した上記従来例の昇降圧コンバータ４００では、第２のコンデンサ１４６のリップル電流を抑制し、形状やキャパシタンスの小さなものを使用することができた。しかしながら、第１のコンデンサ１２８には、大きなリップル耐量と形状が要求されるという課題があった。このことを、図６を用いて説明する。
図６は、従来例の昇降圧コンバータ４００における各部の動作状態を示す波形図である。（ａ）は第１のスイッチング素子１２４への駆動信号ＤＲ１２、(ｂ）は第２のスイッチング素子１４０への駆動信号ＤＲ１４、(ｃ）は第１のダイオード１２６に流れる電流Ｉ１２６、（ｄ）は第２のスイッチング素子１４０へ流れる電流Ｉ１４０、(ｅ）は第１のコンデンサ１２８へ流れる電流Ｉ１２８の波形図をそれぞれ示している。
【００１０】
まず、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、駆動回路部１１４からの駆動信号ＤＲ１２が立上がって第１のスイッチング素子１２４をオン状態にすると、同時に駆動信号ＤＲ１４が立下がって第２のスイッチング素子１４０をオン状態にする。第１のスイッチング素子１２４がオン状態の期間、第１のダイオード１２６には、図６（ｃ）に示すように、電流が流れない。また、第１のスイッチング素子１２４がオフ状態の期間、第１のインダクタ１２２に蓄積されたエネルギーが放出されるため、第１のダイオード１２６には、図６（ｃ）に示すように、時間とともに減少する電流が流れる。第２のスイッチング素子１４０がオン状態の期間、第２のスイッチング素子１４０へ流れる電流Ｉ１４０の波形は、第１のインダクタ１２２に蓄積されたエネルギーに入力直流電圧Ｖｉ１が重畳され、図６（ｄ）に示すように、ピーク値の大きな台形波形の電流となる。第１のコンデンサ１２８に流れる電流は、第１のダイオード１２６に流れる電流Ｉ１２６と第２のスイッチング素子１４０へ流れる電流Ｉ１４０との差電流であるので、図６（ｅ）に示すように、正負両方向に大きな振幅を有するリップル電流となる。従って、第１のコンデンサ１２８として、形状やキャパシタンスの小さなものを使用することができなかった。
【００１１】
本発明では、昇圧コンバータと降圧コンバータの２段構成を有する昇降圧コンバータにおいて、すべての平滑手段として形状やキャパシタンスの小さなものを使用できる、昇降圧コンバータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下の構成を有する。
請求項１に記載の発明は、直流の入力電圧が入力され、第１のインダクタを介して昇圧用スイッチがオンオフ動作することにより発生する電圧を第１の整流器と第１の平滑手段によって整流平滑して、前記入力電圧より昇圧された直流電圧を前記第１の平滑手段から出力する昇圧コンバータと、前記直流電圧が入力され、前記昇降用スイッチのオンオフと同じ周期で降圧用スイッチがオンオフ動作することにより発生する電圧を、第２の整流器と第２のインダクタと第２の平滑手段によって整流平滑して、前記直流電圧より降圧された直流の出力電圧を前記第２の平滑手段から出力する降圧コンバータと、を有する昇降圧コンバータであって、前記昇圧用スイッチのオフ期間と前記降圧用スイッチのオン期間とに重なる期間を持ち、且つ前記昇圧用スイッチのオン期間と前記降圧用スイッチのオフ期間とに重なる期間を持つように、前記昇圧用スイッチ及び降圧用スイッチのそれぞれのオンオフ動作を制御する制御回路部をさらに有する昇降圧コンバータである。
【００１３】
この発明によれば、昇圧コンバータと降圧コンバータとの２段構成を有する昇降圧コンバータにおいて、降圧コンバータの入力コンデンサも兼ねる、昇圧コンバータの第１の平滑手段である出力コンデンサへ流れ込む電流が打ち消しあうので、リップル電流が小さくなる。それにより、昇降圧コンバータのすべての平滑手段として形状やキャパシタンスの小さなコンデンサを使用することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記制御回路は、前記昇圧用スイッチを所定の周期でオンオフ動作させる昇圧用スイッチ駆動回路と、前記直流の出力電圧のレベル検出をする出力検出回路と、前記出力検出回路からの検出信号に基づいて、前記昇圧用スイッチのオンオフ動作と同じ周期で前記降圧用スイッチをオンオフ動作させる降圧用スイッチ駆動回路とを有し、前記昇圧用スイッチがターンオフするタイミングと、前記降圧用スイッチがターンオンするタイミングが同期するよう構成した請求項１に記載の昇降圧コンバータである。
【００１５】
この発明によれば、昇圧用スイッチがターンオフするタイミングと降圧用スイッチがターンオンするタイミングを同期させることで、降圧コンバータの入力コンデンサも兼ねる昇圧コンバータの第１の平滑手段である出力コンデンサに流れる電流が打ち消しあって、リップル電流が小さくなる。これにより、昇降圧コンバータのすべての平滑手段に形状やキャパシタンスの小さなものを使用することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記制御回路は、前記昇圧用スイッチを所定の周期でオンオフ動作させる昇圧用スイッチ駆動回路と、前記直流の出力電圧のレベル検出をする出力検出回路と、前記出力検出回路からの検出信号に基づいて、前記昇圧用スイッチのオンオフ動作と同じ周期で前記降圧用スイッチをオンオフ動作させる降圧用スイッチ駆動回路とを有し、前記昇圧用スイッチがターンオンするタイミングと、前記降圧用スイッチがターンオフするタイミングが同期するよう構成した請求項1に記載の昇降圧コンバータである。
【００１７】
この発明によれば、昇圧用スイッチがターンオンするタイミングと降圧用スイッチがターンオフするタイミングを同期させることで、降圧コンバータの入力コンデンサも兼ねる、昇圧コンバータの第１の平滑手段である出力コンデンサに流れる電流が打ち消しあって、リップル電流が小さくなる。それにより、昇降圧コンバータのすべての平滑手段として形状やキャパシタンスの小さなコンデンサを使用することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、昇圧コンバータと降圧コンバータの２段構成を有する昇降圧コンバータにおいて、降圧コンバータの入力コンデンサも兼ねる、昇圧コンバータの平滑手段である出力コンデンサへのリップル電流を小さくでき、それによりすべての平滑手段として形状やキャパシタンスの小さなコンデンサを使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る昇降圧コンバータの最良の実施の形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
《実施の形態１》
図１を用いて、本発明の実施の形態１の昇降圧コンバータについて説明する。図１は、本実施の形態１の昇降圧コンバータの構成を示す回路図である。図１に示すように、本実施の形態１の昇降圧コンバータ１００は、昇圧コンバータ２と降圧コンバータ４との２段構成からなり、制御回路部３が昇圧コンバータ２と降圧コンバータ４との両方との間で信号の授受をしてそれらの制御を行う。昇圧コンバータ２は、例えばバッテリー等の入力直流電源１から入力端子１０１を介して入力される入力直流電圧Ｖｉを、本実施の形態１の昇降圧コンバータ１００の出力直流電圧Ｖｏより高い直流の電圧Ｖ２に変換して、降圧コンバータ４に出力する。降圧コンバータ４は電圧Ｖ２を所望の出力直流電圧Ｖｏに変換し、出力端子１０２を介して各種電子回路（図示していない）に出力する。制御回路部３は、電圧Ｖ１２及び出力電流電圧Ｖｏに基づいて、駆動信号ＤＲ２、ＤＲ４を生成し、後述する第１のスイッチング素子２４、第２のスイッチング素子４０に出力し、それらのオンオフ制御を行う。
【００２１】
昇圧コンバータ２は、第１のインダクタ２２、昇圧用スイッチとなる第１のスイッチング素子２４、第１のダイオード２６及び第２の平滑手段であるコンデンサ２８を有する。第１のインダクタ２２は、入力直流電源１と、第１のスイッチング素子２４及び第１のダイオード２６の間に配設され、第１のスイッチング素子２４のオンオフ動作に伴ってその第１のインダクタ２２に蓄えられたエネルギーに基づく逆起電力によって、入力直流電圧Ｖｉよりも高い電力を出力する。第１のスイッチング素子２４は、ＮチャンネルＦＥＴからなり、制御回路部３からの駆動信号ＤＲ２をそのゲートに入力されてオンオフ動作する。第１のダイオード２６は、第１のスイッチング素子２４のオンオフ動作により第１のインダクタ２２が生じるパルス状の電流をもつ正負の成分のうち、第１のコンデンサ２８及び降圧コンバータ４の方向に向かう成分のみ流す。第１のコンデンサ２８は、第１のダイオード２６を介して供給される電流を平滑化して、電圧Ｖ２を降圧コンバータ４及び制御回路部３に出力する。つまり、第１のコンデンサ２８は、降圧コンバータ４の入力コンデンサと昇圧コンバータ２の出力コンデンサを兼ねる。
【００２２】
降圧コンバータ４は、降圧用スイッチとなる第２のスイッチング素子４０、そのドレインとグラウンドとの間にグラウンドからドレインへの方向を順方向として接続された第２のダイオード４２、第２のスイッチング素子４０と第２のダイオード４２との接続点と出力端子１０２との間に接続された第２のインダクタ４４、及び第２のインダクタ４４と出力端子１０２との接続点とグラウンドとの間に接続された第２の平滑手段であるコンデンサ４６とを有する。第２のスイッチング素子４０は、ＰチャンネルＦＥＴからなる。第２のスイッチング素子４０は、制御回路部３からそのゲートに入力される駆動信号ＤＲ４によってオンオフする。第２のダイオード４２は、第２のスイッチング素子１４０がオフした場合、オフする直前に第２のインダクタ４４に流れていた電流をグラウンドから流して維持するための電流を供給する。第２のインダクタ４４及び第２のコンデンサ４６は、第２のスイッチング素子４０及び第２のダイオード４２から供給される電流を平滑化して出力端子１０２に与える。この平滑化された出力電流電圧Ｖｏは各種電子回路及び制御回路部３に出力される。
【００２３】
制御回路部３は、昇圧用スイッチ駆動回路であるパルス発生回路３１、降圧用スイッチ駆動回路である立下りエッジ検出回路３２、三角波発生器３４、比較器３５、ＲＳラッチ３６、及び第２のコンデンサ４６の電圧が正規の電圧からずれた度合を検出する出力検出回路である誤差増幅器３３を有する。パルス発生回路３１は、第１のコンデンサ２８の電圧Ｖ２を検出して、所定の周期とパルス幅を有する駆動信号ＤＲ２を第１のスイッチング素子２４のゲート及び立下りエッジ検出回路３２に出力する。立下りエッジ検出回路３２は、駆動信号ＤＲ２の立下りを検出して、ワンショットパルスＶｒを三角波発生器３４、及びＲＳラッチ３６のリセット端子に出力する。誤差増幅器３３は、出力直流電圧Ｖｏが所定から低下して生じる誤差分を検知し、その検知レベルに応じた制御信号Ｖｅを比較器３５の一方の入力端に出力する。三角波発生器３４は、立下りエッジ検出回路３２が出力するワンショットパルスＶｒに同期した三角波信号Ｖｔを作成して、比較器３５の他方の入力端に対して出力する。比較器３５は、三角波信号Ｖｔと制御信号Ｖｅとを比較し、三角波信号Ｖｔが制御信号Ｖｅより大きくなるとＨ状態となる出力信号ＶｓをＲＳラッチ３６のセット端子に出力する。ＲＳラッチ３６は、立下りエッジ検出回路３２からそのリセット端子に入力したワンショットパルスＶｒと、比較器３５の出力端からそのセット端子へと入力した出力信号Ｖｓに応じて、第２のスイッチング素子４０のゲートへの駆動信号ＤＲ４を生成し出力する。
【００２４】
以下、図１に示した本発明の実施の形態１の昇降圧コンバータ１００の動作を説明する。
まず、昇圧コンバータ２の動作を説明する。昇圧コンバータ２に入力直流電圧Ｖｉが入力される。制御回路部３のパルス発生回路３１は、昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖ２を検知し、第１のスイッチング素子２４をオンオフ動作する駆動信号ＤＲ２を発生して第１のスイッチング素子２４のゲートに与える。第１のスイッチング素子２４のオン状態において、第１のインダクタ２２には入力直流電圧Ｖｉが印加され、増加する電流が流れてエネルギーが蓄積される。第１のスイッチング素子２４がオフ状態になると、第１のインダクタ２２に蓄積されたエネルギーは、第１のインダクタ２２の入力端への入力直流電圧Ｖｉに重畳されて、第１のダイオード２６を通して第１のコンデンサ２８へ時間とともに減少する波形の電流として放出される。ここで、第１のスイッチング素子２４のオン状態の期間が駆動信号ＤＲ２の繰り返し周期Ｔに占める割合をデューティ比Ｄ２と表せば、第１のコンデンサ２８に発生する電圧Ｖ２は次式（３）のようになる。
Ｖ２＝Ｖｉ／（１−Ｄ２）      ・・・（３）
制御回路３は、昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖ２のレベル検出をし、それに基づいてデューティ比Ｄ２を調整することにより、電圧Ｖ２を一定値に保つ。
【００２５】
次に、降圧コンバータ４の動作を説明する。制御回路部３は、駆動信号ＤＲ２とともに、第２のスイッチング素子４０をオンオフ動作する駆動信号ＤＲ４をＲＳラッチ３６から出力する。駆動信号ＤＲ２が立下ったとき、それに同期して、立下りエッジ検出回路３２がワンショットパルスＶｒをＲＳラッチ３６に出力する。ワンショットパルスＶｒが入力されることによりリセットされたＲＳラッチ３６は、駆動信号ＤＲ４を立ち下げる。即ち、ＲＳラッチ３６は、駆動信号ＤＲ２が立ち下がって第１のスイッチング素子２４をオフ状態とするタイミングで、第２のスイッチング素子４０をオン状態にする。第２のスイッチング素子４０のオン状態において、第２のインダクタ４４には、入力直流電圧Ｖｉと出力直流電圧Ｖｏとの差電圧（Ｖｉ−Ｖｏ）が印加され、時間とともに増加する波形の電流が流れてエネルギーが蓄積される。第２のスイッチング素子４０のオフ状態において、第２のインダクタ４４に蓄積されたエネルギーは、第２のダイオード４２を介して第２のコンデンサ４６へ、時間とともに減少する波形の電流として放出される。ここで、第１のスイッチング素子４０のオン状態の期間が第２のスイッチング素子４０への駆動信号ＤＲ４の繰り返し周期Ｔに占める割合をデューティ比Ｄ４と表せば、第２のコンデンサ４６に発生する出力直流電圧Ｖｏは次式（４）のように示される。
Ｖｏ＝Ｖ２×Ｄ４      ・・・（４）
【００２６】
以下に、図２の波形図（ａ）〜（ｅ）を用いて、制御回路部３の動作を説明する。図２は本実施の形態１の昇降圧コンバータ１００の各部の動作状態を示す波形図である。(ａ）はスイッチング素子２４への駆動信号ＤＲ２の波形、(ｂ）は立下りエッジ検出回路３２が出力するワンショットパルスＶｒの波形、(ｃ）は誤差増幅器３３が出力する制御信号Ｖｅと三角波発生器３４の出力する三角波信号Ｖｔの波形、(ｄ）は比較器３５の出力信号Ｖｓの波形、(ｅ）はＲＳラッチ３６が出力する第２のスイッチング素子４０への駆動信号ＤＲ４の波形をそれぞれ示している。
【００２７】
まず、パルス発生回路３１は、図２（ａ）に示すように、昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖ２に応じて、第１のスイッチング素子１２４をオンオフ動作させる駆動信号ＤＲ２を出力する。立下りエッジ検出回路３２は、図２（ｂ）に示すように、駆動信号ＤＲ２の立下りに応じて、ワンショットパルスＶｒを出力する。誤差増幅器３３は、図２（ｃ）に示すように、降圧コンバータ４の出力直流電圧Ｖｏを検出し、これに応じた制御信号Ｖｅを出力する。制御信号Ｖｅは、出力直流電圧Ｖｏが所望値より高くなると低下し出力直流電圧Ｖｏが所望値より低くなると上昇する。三角波発生器３４は、三角波信号Ｖｔを立下りエッジ検出回路３２がワンショットパルスＶｒを出力すると、即ち、駆動信号ＤＲ２が立ち下って第１のスイッチング素子２４がターンオフすると、急速放電されて徐々に上昇する。この上昇する三角波信号Ｖｔが制御信号Ｖｅより大きくなる期間、図２（ｄ）に示すように、比較器３５は、出力信号ＶｓをＨ状態に反転させる。そして、ＲＳラッチ３６は、図２（ｅ）に示すように、出力信号Ｖｓによってセットされ、駆動信号ＤＲ４を立ち上げる。つまり、三角波信号Ｖｔが制御信号Ｖｅより小さい期間が、第２のスイッチング素子４０がオン状態である期間、三角波信号Ｖｔが制御信号Ｖｅより大きい期間が、第２のスイッチング素子４０がオフ状態である期間となる。
【００２８】
制御回路３は、出力直流電圧Ｖｏが所望値より高くなると、制御信号Ｖｅを低下させ、第２のスイッチング素子４０のオン状態の時間を短くする。逆に、出力直流電圧Ｖｏが所望値より低くなると、制御信号Ｖｅを上昇させ、第２のスイッチング素子４０のオン状態の時間を長くする。制御回路３は、以上のような動作によって、出力直流電圧Ｖｏを検出しデューティ比Ｄ４を調整することにより、出力直流電圧Ｖｏを所望の一定値に保つ。
【００２９】
以上のような動作を行う、本発明の実施の形態１の昇降圧コンバータ１００において、図２の波形図（ａ）及び（ｅ）〜（ｈ）を用いて、第１のコンデンサ２８に流れるリップル電流について説明する。図２において、(ｆ）は第１のダイオード２６に流れる電流Ｉ２６の波形、(ｇ）は第２のスイッチング素子４０へ流れる電流Ｉ４０の波形、(ｈ）は第１のコンデンサ２８に流れる電流Ｉ２８の波形をそれぞれ示している。
【００３０】
まず、図２（ａ）に示すように、駆動信号ＤＲ２が立下がって第１のスイッチング素子２４がオフ状態になると、同時に図２（ｅ）に示すように駆動信号ＤＲ４も立下がって第２のスイッチング素子４０がオン状態になる。この期間、第１のダイオード２６には第１のインダクタ２２に蓄積されたエネルギーが放出されるため、図２（ｆ）に示すように時間とともに減少する波形の電流が流れ出す。また同時に、第２のスイッチング素子４０へ、第１のインダクタ２２に蓄積されたエネルギーに入力直流電圧Ｖｉが重畳されて、図２(ｇ）に示すように、ピーク値の大きな台形波形の電流が流れ出す。第１のコンデンサ２８には、図２(ｆ）に示す電流Ｉ２６と図２(ｆ）に示す電流Ｉ４０との差電流が流れるので、図２（ｈ）に示すような波形のリップル電流Ｉ２８が流れる。したがって、電流Ｉ２６と電流Ｉ４０とが互いに打ち消しあうので、コンデンサ２８に流れる平均電流量は低減される。
【００３１】
以上のように、本発明の実施の形態１の昇降圧コンバータ１００は、制御回路部３によってデューティ比Ｄ２とデューティ比Ｄ４を適切に設定することにより、入力直流電圧に対する出力直流電圧の昇降圧制御が可能である。また、この構成によると、入力電流は第１のインダクタ２２を、そして出力電流は第２のインダクタ４４を介して流れるので、第１のコンデンサ２０及び第２のコンデンサ４６に流れるリップル電流を抑制できる。さらに、昇圧コンバータの出力兼降圧コンバータの入力コンデンサである第１のコンデンサ２８に流れるリップル電流も抑制できる。従って、本発明の実施の形態１の昇降圧コンバータは、第１のコンデンサ２８及び第２のコンデンサ４６のすべての平滑手段として形状やキャパシタンスの小さなコンデンサを使用することができる。
【００３２】
《実施の形態２》
本発明の実施の形態２の昇降圧コンバータについて説明する。実施の形態１の昇降圧コンバータ１００では、駆動信号ＤＲ２と駆動信号ＤＲ４の立下りを同期することにより、昇圧コンバータ２の第１のスイッチング素子２４がターンオフするタイミングで、降圧コンバータ４の第２のスイッチング素子４０をターンオンするように構成した。これに対して、本実施の形態２の昇降圧コンバータは、駆動信号ＤＲ２と駆動信号ＤＲ４の立上りを同期することにより、昇圧コンバータ２の第１のスイッチング素子２４がターンオンするタイミングで、降圧コンバータ４の第２のスイッチング素子４０をターンオフするように構成したものである。
【００３３】
そのために、本実施の形態２の昇降圧コンバータは、制御回路部３の立下りエッジ検出回路３２を、駆動信号ＤＲ２の立上りを検出する立上りエッジ検出回路に替える。三角波発生器３４を前記立上りエッジ検出回路からのワンショットパルスに同期して急速充電されて徐々に下降する、逆三角波信号を出力するように構成する。ＲＳラッチ３６を前記立上りエッジ検出回路からのワンショットパルスでセットされ、比較器３５の出力でリセットされるように構成する。以上の点で、図１に示す実施の形態１の昇降圧コンバータ１００と異なる。各回路の構成は、図１と同様であるので重複する説明及び図示は省略する。
【００３４】
以下に、図３の波形図（ａ）〜（ｅ）を用いて、制御回路部３の動作を説明する。図３の波形図は、本実施の形態２の昇降圧コンバータの各部の動作状態を示している。(ａ）はスイッチング素子２４への駆動信号ＤＲ２の波形、(ｂ）は前記立上りエッジ検出回路が出力するワンショットパルスＶｒｕｐの波形、(ｃ）は誤差増幅器３３が出力する制御信号Ｖｅと三角波発生器３４の出力する逆三角波信号Ｖｔｂの波形、(ｄ）は比較器３５の出力信号Ｖｓの波形、(ｅ）はＲＳラッチ３６が出力する第２のスイッチング素子４０への駆動信号ＤＲ４の波形をそれぞれ示している。
【００３５】
まず、パルス発生回路３１は、図３（ａ）に示すように、昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖ２に応じて、第１のスイッチング素子１２４をオンオフ動作させる駆動信号ＤＲ２を出力する。前記立上りエッジ検出回路は、図３（ｂ）に示すように、駆動信号ＤＲ２の立上りに応じて、ワンショットパルスＶｒｕｐを出力する。誤差増幅器３３は、図２（ｃ）に示すように、降圧コンバータ４の出力直流電圧Ｖｏを検出し、これに応じた制御信号Ｖｅを出力する。制御信号Ｖｅは、出力直流電圧Ｖｏが所望値より高くなると低下し出力直流電圧Ｖｏが所望値より低くなると上昇する。三角波発生器３４は、前記立上りエッジ検出回路がワンショットパルスＶｒｕｐを出力すると、即ち、駆動信号ＤＲ２が立ち上がって第１のスイッチング素子２４がターンオンすると、急速充電されて時間とともに徐々に下降する逆三角波信号Ｖｔｂを出力する。この逆三角波信号Ｖｔｂが制御信号Ｖｅより大きくなる期間、比較器３５は、図３（ｄ）に示すように、出力信号ＶｓをＨ状態に反転させる。そして、ＲＳラッチ３６は、図３（ｅ）に示すように、前記立上りエッジ検出回路のワンショットパルスＶｒｕｐによってセットされ、駆動信号ＤＲ４を立ち上げる。
【００３６】
制御回路３は、出力直流電圧Ｖｏが所望値より高くなると、制御信号Ｖｅを低下させ、第２のスイッチング素子４０のオン状態の時間を短くする。逆に、出力直流電圧Ｖｏが所望値より低くなると、制御信号Ｖｅを上昇させ、第２のスイッチング素子４０のオン状態の時間を長くする。制御回路３は、以上のような動作によって、出力直流電圧Ｖｏを検出しデューティ比Ｄ４を調整することにより、出力直流電圧Ｖｏを所望の一定値に保つ。
【００３７】
以上のような動作を行う、本実施の形態２の昇降圧コンバータにおいて、図３の波形図（ａ）及び（ｅ）〜（ｈ）を用いて、第１のコンデンサ２８に流れるリップル電流について説明する。図３において、(ｆ）は第１のダイオード２６に流れる電流Ｉ２６の波形、(ｇ）は第２のスイッチング素子４０へ流れる電流Ｉ４０の波形、(ｈ）は第１のコンデンサ２８に流れる電流Ｉ２８の波形をそれぞれ示している。
【００３８】
まず、図３（ａ）に示すように、駆動信号ＤＲ２が立下がって第１のスイッチング素子２４がオフ状態になると、同時に図３（ｅ）に示すように駆動信号ＤＲ４が立下がって第２のスイッチング素子４０がオン状態になる。この期間、第１のダイオード２６には、第１のインダクタ２２に蓄積されたエネルギーが放出されるため、図３（ｆ）に示すように、時間とともに減少する波形の電流Ｉ２６が流れ出す。また同時に、第２のスイッチング素子４０へ、第１のインダクタ２２に蓄積されたエネルギーに入力直流電圧Ｖｉが重畳されて、図３(ｇ）に示すように、ピーク値の大きな台形波形の電流Ｉ４０が流れ出す。第１のコンデンサ２８には、前記電流Ｉ２６と前記電流Ｉ４０との差電流が流れるので、図３（ｈ）に示すような波形のリップル電流Ｉ２８が流れる。したがって、前記電流Ｉ２６と前記電流Ｉ４０とが互いに打ち消しあうので、第１のコンデンサ２８に流れる平均電流量は低減される。
【００３９】
以上のように、本実施の形態２の昇降圧コンバータは、駆動信号ＤＲ２と駆動信号ＤＲ４の立上りを同期することにより、昇圧コンバータ２の第１のスイッチング素子２４がターンオンするタイミングで、降圧コンバータ４の第２のスイッチング素子４０をターンオフするように構成することで、実施の形態１の昇降圧コンバータ１００と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
《実施の形態３》
図４を用いて、本発明の実施の形態３の昇降圧コンバータを説明する。図４は、本実施の形態３の昇降圧コンバータの構成を示す回路図である。本実施の形態３の昇降圧コンバータは、一つの入力直流電圧に対して、二つの出力直流電圧を出力できるように構成したものである。図４に示す昇降圧コンバータ３００は、本実施の形態の昇降圧コンバータ１００に、降圧コンバータ４Ａをさらに設け、昇降圧コンバータ１００の制御回路部３に、誤差増幅器３３ａ、比較器３５ａ及びＲＳラッチ３６ａをさらに設けたものである。それ以外の点においては、昇降圧コンバータ１００と同様の構成を有するので、重複する説明は省略する。
【００４１】
降圧コンバータ４Ａは、第２のスイッチング素子４０ａ、第２のダイオード４２ａ、第２のインダクタ４４ａ及び第２のコンデンサ４６ａを有する。降圧コンバータ４Ａの構成は、降圧コンバータ４の構成と同様である。降圧コンバータ４Ａは、昇圧コンバータ２の出力電圧Ｖ２を入力し、第２のスイッチング素子４０ａをオンオフ動作によって出力直流電圧Ｖｏａに変換し、出力端子３０２を介して各種電子回路（図示していない）に出力する。誤差増幅器３３ａは、降圧コンバータ４Ａの出力直流電圧Ｖｏａを検出し、それに応じて制御信号Ｖｅａを比較器３５ａに出力する。比較器３５ａは、三角波発生部３４の三角波信号Ｖｔと制御信号Ｖｅａを比較し、出力信号ＶｓａをＲＳラッチ３６ａに出力する。ＲＳラッチ３６ａは、立下りエッジ検出回路３２のワンショットパルスＶｒをリセット端子に、出力信号Ｖｓａをセット端子に入力し、それに応じて駆動信号ＤＲ４ａを第２のスイッチング素子４０ａに出力する。
【００４２】
以上のように構成すれば、一つの入力直流電圧に対して、二つの出力直流電圧を出力することができる。同様にして、所望の出力数に応じて、降圧コンバータ、誤差増幅器、比較器及びＲＳラッチを設ければ、多出力化して複数の負荷へ所望の電圧を供給することができる。
【００４３】
尚、本発明の各実施の形態では、第２のスイッチング素子４０の駆動信号ＤＲ４を、第１のスイッチング素子２４への駆動信号ＤＲ２に同期する構成を示したが、各駆動信号は共通のクロック信号に基づいて生成されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、直流の入力電圧に対し、直流の出力電圧を昇降圧制御する電源回路に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１の昇降圧コンバータの構成を示す回路図
【図２】本発明の実施の形態１の昇降圧コンバータの各部の動作状態を示す波形図
【図３】本発明の実施の形態２の昇降圧コンバータの各部の動作状態を示す波形図
【図４】本発明の実施の形態３の昇降圧コンバータの構成を示す回路図
【図５】従来例の昇降圧コンバータの構成を示す回路図
【図６】従来例の昇降圧コンバータの各部の動作状態を示す波形図
【符号の説明】
【００４６】
１、１１  入力直流電源
２、１２  昇圧コンバータ
３、３Ａ  制御回路部
４、、４Ａ、１４  降圧コンバータ
２２、１２２  第１のインダクタ
２４、１２４  第１のスイッチイング素子
２６、１２６  第１のダイオード
２８、１２８  第１のコンデンサ（平滑手段）
３１  パルス発生回路
３２  立下りエッジ検出器
３３、３３ａ  誤差増幅器
３４  三角波発生器
３５、３５ａ  比較器
３６、３６ａ  ＲＳラッチ
４０、１４０  第２のスイッチング素子
４２、１４２  第２のダイオード
４４、１４４  第２のインダクタ
４６、１４６  第２のコンデンサ（平滑手段）
１００、３００、４００  昇降圧コンバータ
１１４  駆動回路部
１０１、４０１  入力端子
１０２、３０２、４０２  出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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